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Dynamikbereich einer Kamera bestimmen


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Guten Tag alle zusammen,

ich bin noch völliger Neuling in diesem Thema, deswegen fällt es mir schwer einige der Themen nachzuvollziehen, die ich recherchiert habe. Vielleicht kann mir da jemand helfen.

Es geht um den Dynamikumfang, den wir im Rahmen eines Projektes testen wollten. Hierzu wurde uns gesagt, dass der Dynamikumfang oft von den specs abweicht und dass der Bereich der tatsächlichen Blendenstufen, gar nicht so groß wie angegeben ist. Die Tests haben wir wie angegeben durchgeführt: Grauchart mit zwei verkreuzten Lichzquellen belichtet und mit Blendenstufen von 0,5 bis 22 aufgenommen. Am Ende haben wir den Objektivdeckelaufgesetzt und den kurz aufgenommen. Dabei haben wir je Kamera verschiedene ISO-Einstellungen aufgenommen. (Arriflex D21 bei 200 ISO, da das der angegebene Base ISO ist / Arri Amira bei einmal 200 ISO (base iso der D21 verwendet) und 800 ISO (base ISO der Amira).

Die Probleme habe ich nun in der Auswertung. Abgesehen davon, dass die ARI-Files der D21 von keinem Tool erkannt werden und wir somit alle Dateien in TIFF umgewandelt haben, weiß ich nicht wie ich per Tool oder Code den eigentlichen Dynamikbereich herausfinde. Ich weiß, dass dafür SNR = P(Signal) / P(Rauschen) verwendet wird und dann wird geschaut: ab wann rauscht es? (das bestimmt die Grenze zum dunklen Bereich) und ab wann clippt das weiß? (und geht somit in Reinweiß über = überbelichtet/das bestimmt die Grenze des hellen Bereichs) --> die Werte dazwischen bilden dann den Dynamikumfang.

Ich habe nun Probleme P(Signal) und P(Rauschen) per Code herauszufinden. Ich habe zwar einen Code für SNR in Python gefunden, doch den habe ich überhaupt nicht verstanden. Ich habe dann selber versucht einen Code zu erstellen. Beim P(Rauschen) bin ich so vorgegangen, dass ich das Bild, das mit dem Objektivdeckel aufgenommen wurde (Darkframe) mit einem komplett schwarzen Array (ein Darkframe sollte ja in einer idealen Welt nur Werte von 0 enthalten) per MSE Formel berechnet habe (nach meinem Gedankengang ist der MSE die differenz des rauschens und des komplett schwarzen bildes?). Beim P(Signal) hab ich keine Ahnung wie ich das von einem herausfinde, um dann selbst SNR herauszufinden.

Eine andere Methode, die ich versucht habe war Davinci Resolve mit Neat Video zu verknüpfen und damit den Noise Wert des Darkframes der Kamera anzuschauen. Da kam 0.6 raus und ich weiß nicht was für eine Einheit das ist und wie ich dann die Begrenzungen von den verschiedene Frames der jeweiligen Blende abmessen soll. Zusätzlich habe ich diesen Link gefunden: https://clarkvision.com/articles/evaluation-1d2/ und habe versucht mittels ImagesPlus 6.5 genauso vorzugehen, doch es scheitert bei mir schon beim Bayer CFA splitten (wovon ich keine Ahnung habe, aber anscheinend ist das nötig um die angegeben Schritte zu berechnen), da es auf meine TIFF Dateien nicht reagiert (obwohl es ein TIFF Format sein soll).

Außerdem gibt es bei Davinci Resolve Histogramme, die aber soweit ich weiß, nicht helfen mit der Bestimmung des Dynamikumfangs. Genauso wie in Photoshop. Programme wie IQ Analyzer sind leider nicht kostenlos.

Bin ich hier komplett auf ner falschen Spur oder stimmen einige Gedankengänge dann doch was die Bestimmung eines Dynamikumfangs angehen?

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Als Praktiker würde ich die Grenzenm dann durch Augenschein ermitteln, denn Algorithmen lassen sich doch leicht täuschen ... zB damals als im Auflösungstest eine Kompaktkamera 120% (bin mir mit dem Wert nicht mehr ganz sicher) schaffte und damit rein vom Messergebnis eine höhere Auflösung als das Ausgangsmotiv bot (das wurde natürlich vom Tester interpretiert und eingeordnet :) ... ohne Mensch allerdings wäre das Ergebnis Mist gewesen)

 

Edited by nightstalker
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vor 2 Stunden schrieb throwaway:

Es geht um den Dynamikumfang, den wir im Rahmen eines Projektes testen wollten.

Das ist von allen Tests der wohl Anspruchsvollste. Hier ist Lesestoff:

https://www.photonstophotos.net/GeneralTopics/Sensors_&_Raw/Sensor_Analysis_Primer/Sensor_Analysis_Primer.htm

https://www.photonstophotos.net/Investigations/Measurement_and_Sample_Variation.htm

https://www.photonstophotos.net/Charts/PDR.htm

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vor 1 Stunde schrieb nightstalker:

 

Als Praktiker würde ich die Grenzenm dann durch Augenschein ermitteln, denn Algorithmen lassen sich doch leicht täuschen ... zB damals als im Auflösungstest eine Kompaktkamera 120% (bin mir mit dem Wert nicht mehr ganz sicher) schaffte und damit rein vom Messergebnis eine höhere Auflösung als das Ausgangsmotiv bot (das wurde natürlich vom Tester interpretiert und eingeordnet :) ... ohne Mensch allerdings wäre das Ergebnis Mist gewesen)

 

Ich hab mir auch überlegt die Tonwertkurve der einzelnen Frames in Photoshop anzuschauen und dann so zu versuchen den Dynamikbereich halbwegs abzulesen. Sehr genau wird das nicht sein, aber mir fällt auch nichts anderes ein als eine "manuelle" Sichtkontrolle. Vielen Dank für die Antwort. :)

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vor 54 Minuten schrieb Axel.F.:

Vielen Dank für die Links! Die meisten Stichworte sagen mir tatsächlich schon was, nur wüsste ich nicht wie ich bei mir an die Daten rankomme. Mit dem Test fühle ich mich schon etwas überfordert, fast als ob ich eine Thesis schreiben würde.^^'

Ich hab mir jetzt aber überlegt die Tonwertkurve zu den Helligkeiten der einzelnen Frames in Photoshop anzuschauen und dann so zu versuchen den Dynamikbereich halbwegs abzulesen. Sehr genau wird das nicht sein, aber so ungefähr lässt sich die Belichtung dann doch abschauen. Ob das meinen Professor zufriedenstellt ist die andere Frage. Vielen Dank für die Antwort. :)

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Hmm,

ich meine mich erinnern zu können, mal bei dpreview einen Artikel gelesen zu haben, wie man neuerdings den Dynamic Range bestimmt. Im Kern ging es darum, dass man eine Norm-Vorlage, erstellt mit schwachem Kontrast, im Lichterbereich und dann in den Schattenbereich belichtet und dann schaut, wo man noch nach dem Hochziehen über die Belichtungskorrektur (und unter verstärken des Kontrasts(?, weiß nicht mehr genau)) die Testvorlage erkennen kann.  Das bestimmt den fotografisch nutzbaren Dynamic Range.

Für meinen Teil nähere ich mich der Sache so:

Bei 1 sieht man einen Stufengraukeil auf einer Kodak-18%-Graukarte, mit der vor der Auflage des Graukeils die Belichtung manuell eingemessen wurde. Dieser RAW-File der G81 wurde in RawTherapee geladen und ohne jegliche Anpassung oder Profiloperationen, also RAW-Pur, nur der Ausschnit auf den Stufenbereich gesetzt.

Bei 2 sieht man das Histogramm mit logarithmischer x-Achse, darüber mit linearer, der üblichen Darstellung. In letzterer sieht man durch den von rechts abnehmenden Abstand den exponentiellen Verlauf der Helligkeits-Peaks im RAW-File., während der Abstand in der logarithmischen Darstellung fast konstant bleibt. Die Belichtung ist OK, in RT kann man sehen, dass bei einer Anhebung um 1/3 EV der Peak für das Feld 0 rechts anstößt.

Was aber negativ auffällt ist die Differenzierung in den extremen Schatten, Feld 19 und 20. Im Histogramm sind die Peaks nicht unterscheidbar. Zoomt man auf 100% ist der Unterschied aber ganz schwach sichtbar.

Dieser Bereich wurde per Screencopy nach GIMP geholt (3). Wie man sieht, sieht man fast nichts, auch nicht im Originalbild in GIMP, es liegt also nicht in der JPG-Speicherung.

Bei 4 habe ich den Bereich durch eine extreme Konstraststeigerung auseinander gezogen. Jetzt ist die Stufung erkennbar, und auch der Staub, der auf dem Stufenkeil lag. Im Histogramm ist die Stufung trotzdem nicht erkennbar, aber das Farbrauschen. Man sieht RGB als reine Farben und CMY als Mischfarben.

Wie man daraus jetzt im wissenschaftlichen Sinne Diagramme und Auswertungen per Programm machen kann, prüfe ich jetzt nicht nach. Aber für mich ernüchternd: Der praktisch nutzbare Dynamic Range meiner Kamera liegt bei ISO 200 irgendwo zwischen 6 und 7 EVs. Darunter rauschts sehr. Aber gestört hat mich das für meine Ansprüche noch nie.

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vor 15 Stunden schrieb RoDo:

Darunter rauschts sehr.

Ich meine mich zu erinnern, dass bei dxomark die untere Grenze ein definiertes Rauschlevel ist, was ich auch als sinnvolle Grenze ansehe. Die nutzbare Dynamik hängt dann auch davon ab, wo die persönliche Schmerzgrenze ist bzw. wie gut man das Rauschen durch Rauschunterdrückung im Griff hat.

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